电流互感器故障所致电网事故及其处置的分析_黄乐

2011 年 第 5 卷 第 4 期 南 方 电 网 技 术 研究与分析 2011 Vol 5 No 4 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY Study SF6 insulation current transformer power grid accident incident handling 目前高压 SF6气体作为主绝缘的户外独立电流 互感器 文字代号 TA 已在南方电网得到广泛应用 1 但随着电网的迅速发展 系统短路电流不断增加 同时极端气候情况增多 设备的运行环境变得恶劣 电流互感器已成为当前故障隐患较高的设备之一 电流互感器故障 简称 TA 故障 一般会引起 线路 母线及其他设备跳闸 严重时甚至造成大面 积停电事故 为了电网的安全运行 既要保障电流 互感器的安全运行 又要在发生事故时作出正确的 判断 并及时进行处理 1 南方电网总调直调系统 TA 故障导致的电 网事故概述 当前南方电网的SF6 气体电流互感器的数量迅 速增加 但从近年的统计数据来看 SF6气体电流 互感器的事故和障碍有增加的趋势 2 表 1 列出了 近年南网总调直调系统发生的主要的电流互感器故 障导致的电网事故 表 1 电流互感器故障导致的电网事故 Tab 1 Power Grid Accidents Caused by TA Failures 时间 故障 次数 故障类型 故障后果 2007 年2 一台 TA 内部绝缘击 穿 一台 TA 外部污闪 一条 500 kV 线路和一条 500 kV 母线同时跳闸 2008 年2 TA 内部绝缘击穿两 台次 其中一次造成 TA 爆炸起火 一条 500 kV 线路跳闸 一 台 500 kV 主变和一条 500 kV 母线同时跳闸 2009 年4 TA 内部绝缘击穿四 台次 其中一次造成 TA 爆裂 三条 500 kV 线路跳闸 一 条 500 kV 母线跳闸 2010 年6 TA 内部绝缘击穿六 台次 一台 500 kV 主变跳闸 一 条 500 kV 线路跳闸 一条 500 kV 母线跳闸 一条 500 kV 线路和一条 500 kV 母线同时跳闸 一台 500 kV 主变和一条 500 kV 母线同时跳闸 DOI 10 13648 ki issn1674 0629 2011 04 017 第 4 期 黄乐 等 电流互感器故障所致电网事故及其处置的分析 69 2 TA 故障所致电网事故的特点和处理要点 独立 500 kV SF6电流互感器常见的故障形式为 内部故障及外部闪络 其中内部故障类型主要有主 绝缘击穿 内部放电 主绝缘介质异常等 TA 二次绕组通常提供给两个元件的保护 但实 际情况中 TA 故障有些时候表现为单个元件保护动 作跳闸 原因在于 500 kV 系统中为钳制 TA 顶部外 罩的电压通常将外罩的一端与一次导体直接相连 只对另一端绝缘 在 TA 发生外部闪络故障时 TA 二次绕组所有 线圈感受到的故障电流的大小和方向相同 表现为 一次非绝缘端接地故障 这将导致单一设备跳闸 其故障点一般可通过外观检查发现 TA 主绝缘击 穿 在系统上表现为一次接地故障 主绝缘击穿后 若二次绕组受到了损伤 则各二次绕组流过的故障 电流方向有所不同 将导致多个保护元件同时判为 区内故障而同时动作出口 若二次绕组未受到损伤 则与外部闪络相似 二次绕组所有线圈感受到的故 障电流的大小和方向相同 其二次回路感受到的故 障为非绝缘端对地短路 对 3 2 断路器接线 为降低 TA 故障对系统的影 响 边断路器 TA 非绝缘端通常靠线路侧 从而降 低母线跳闸的概率 而中断路器 TA 非绝缘端布置 则根据实际情况而定 在 3 2 接线方式下 断路器 TA 内部故障可能导 致单个设备跳闸 也可能多个设备同时跳闸 且难 以通过外观检查发现故障点 由于 3 2 接线方式使 用的断路器和 TA 较多 保护接线复杂 增加了事 故处理的难度 3 5 事故后处理的要点有 1 判断故障时序 故障点个数和出现的顺序 2 根据断路器 TA 配置结合测距确定故障范 围 3 进行设备检查并结合录波和故障现象确定 故障点 4 将所有可能的故障点隔离 5 根据风险评估 选择合适的试送点和顺序 3 TA 故障导致的电网事故处理案例分析 3 1 F 站 500 kV 2 号母线跳闸事故处理 在 2009 年 4 月 11 日 20 时 32 分 F 站 500 kV 2 号母线跳闸 500 kV 出线 1 F 站侧跳开 由对站 空充 500 kV 出线 6 处于计划检修状态 F 站 500 kV 2 号母线两套母差保护动作 选 L2 相 站内一次设 备检查无异常 如图1所示 F站5042 TA在5042断路器靠500 kV 2 号母线侧 若非绝缘端指向 5042 断路器 则 故障会导致出线 5 线路保护动作跳 5042 5041 断路 器 断路器跳开后 5042 TA 故障点无法隔离 会导 致事故扩大 故非绝缘端必须指向母线 500 kV 2 号母线跳闸后 5013 TA 5023 TA 5053 TA 均在 充电运行状态 现场调取故障录波发现故障电流峰 值为 2 340 A 且第 4 串故障电流偏大 此时结合第 4 串断路器和 TA 布置位置 则 5042 TA 故障概率较 大 为了稳妥起见 当值调度员下令将 F 站 5032 5042 断路器转为冷备用状态 之后 F 站用 500 kV 出线 5 间隔的 5053 断路器对 2 号母线充电正常 F 站 5013 5023 断路器合环正常 现场在操作过程中 发现 5042 断路器 V 相 TA 有放电痕迹 图 1 F 站 500 kV 2 号母线跳闸后运行方式 Fig 1 Diagram of 500 kV F Substation After 500 kV 2 Bus Tripped 在本次事故处理中 当值调度员及时询问 F 站 TA 布置情况 得知 5032 TA 5042 TA 安装在断路 器靠 2 号母线侧 而另外 3 个电流互感器安装在靠 1 号母线侧 2 号母线跳闸后 其他 3 个电流互感器 处充电状态 并未引起相关线路跳闸 又通过故障 录波的分析 从而判断 5032 TA 5042 TA 故障可能 是 2 号母线跳闸引起 为迅速 准确隔离故障 尽 快恢复 2 号母线运行争取了宝贵的时间 3 2 500 kV AB 甲线跳闸事故处理 2009 年 4 月 15 日 15 时 11 分 500 kV AB 甲线 跳闸 A 站侧 500 kV AB 甲线保护动作情况 主一 保护工频变化量阻抗 电流差动 接地距离一段动 70 南方电网技术 第 5 卷 作 选 L3 相 测距 0 3 km 主二保护电流差动 接地距离一段动作 选 L3 相 测距 0 38 km 主三 保护工频变化量阻抗 接地距离一段 纵联距离动 作 选 L3 相 测距 0 2 km 故障录波测距 0 78 km 重合闸动作重合成功 864 ms 后再次发生 L3 相故 障三跳 现场天气雷雨 一次设备检查无异常 B 站侧 500 kV AB 甲线保护动作情况 主一保 护电流差动动作 选 L3 相 测距 250 4 km 主二 保护电流差动动作 选 L3 相 测距 246 16 km 主 三保护纵联距离 纵联零序方向动作 选 L3 相 测距 243 2 km 行波测距 253 3 km 重合闸动作成 功 950 ms 后再次发生 L3 相故障三跳 现场天气 阴天 一次设备检查无异常 AB 甲线跳闸后 A 站运行方式如图 2 所示 500 kV AB 甲线全长为 252 73 km 从测距情况看 故障 应发生在 A 站站内 A 站一次设备检查无异常 则 可以推测 A 站 5021 TA 或 5023 TA 发生内部故障 由图 2 看出 因 A 站 5021 TA 和 5023 TA 均为边断 路器 TA 其非绝缘端指向线路 因此故障仅导致线 路跳闸 而母差保护未动作 通过分析现场的故障录波 发现 5021 间隔故障 电流偏大 由此可以判断是 5021 TA 故障导致线路 跳闸 将 5021 断路器转为冷备用状态后 用 5023 断路器对线路试送 同时有针对性的对 5021 TA 进 行了检查 图 2 AB 甲线跳闸后 A 站运行方式 Fig 2 Diagram of 500 kV Substation A After Line AB 1 Tripped 4 结论 1 电流互感器是当前故障隐患较高的设备之 一 TA 故障很多时候表现为单个元件保护动作跳 闸 原因在于在 500 kV 系统中的 TA 顶部外罩在与 一次导体连接中 分为绝缘端和非绝缘端 2 根据断路器和 TA 布置位置 可以判断 TA 非绝缘段的位置 发生事故时 为迅速判断故障类 型 分析故障原因 调度员必须熟悉各厂站的 TA 配置 并对常见类型的电流互感器原理有所了解 现场应对电流互感器定期巡视 加强维护 3 对于 TA 外部故障 有明显的故障现象可 循 可以迅速判断并隔离故障 4 对于母线跳闸事故 首先应对母差保护范 围内一次设备外观进行检查 并调取故障录波分析 若故障录波显示有故障电流 则应分析故障电流出 现在哪个间隔 该间隔 TA 的配置位置可以为判断 故障点提供参考信息 5 若多个设备同时跳闸 处于保护交叉范围 内的 TA 故障极有可能是引起事故的原因 对于线 路跳闸 若一端的测距约为线路全长 另一端测距 很短 则 TA 故障极有可能发生在测距较短的站端 参考文献 1 雷敏 550 kV SF6电流互感器的特点及结构分析 J 东北电力技 术 2005 1 44 45 LEI Min Characteristics and Structural Analysis on 500 kV SF6 Current Transformer J Northeast Electric Power Technology 2005 1 44 45 2 邹建明 SF6气体电流互感器运行情况分析及技术发展现状 J 电 力设备 2007 1 25 28 ZOU Jianming Operation Analysis and Technical Development of SF6 Gas Filled Current Transformer J Electrical Equitment 2007 1 25 28 3 陈亦平 辛阔 舒双焰 对 3 2 断路器接线的母线事故处理的思 考 J 南方电网技术 2008 2 5 79 81 CHEN Yiping XIN Kuo SHU Shuangyan The Consideration of the Incident Handling of the Bus Fault of 3 2 Circuit Breaker Configura tion J Southern Power System Technology 2008 2 5 79 81 4 中国南方电网有限责任公司 中国南方